数字及控制类硬件电路EMC设计培训

串口接口电路的EMC设计
原因说明：
– 422/485差分接口优先选用共模电感或者磁珠进行滤波，232接口用磁 珠进行滤波；滤波电路尽量靠近端口，磁珠或共模电感到端子间PCB 走线长度小于2.5cm；
• 422/485为差分线，最好采用共模扼流圈进行滤波，无合适贴片器件选择时 ，也可选择磁珠进行滤波，232接口为非平衡线，应选择磁珠进行滤波；距 接口2.5cm为PCB布局要求。
数字类硬件电路EMC设计
前言

EMC设计流程已经启动；
针对EMC设计流程大家共同讨论制定了五个 CHECKLIST：《数字控制类产品EMC设计 checklist》，《功率系统EMC设计checklist》， 《功率模块的EMC设计查检表》，《PCB的EMC 设计checklist》，《结构EMC设计checklist》， 在以后产品设计中，将会依据这些CHECKLIST进 行评审； 本培训胶片针对《数字控制类产品EMC设计 CHECKLIST》，对大家的硬件EMC设计提供一些 指导。
• 当要求结构屏蔽时，应选择屏蔽RJ45连接器；
• 当系统接地良好时，最好选择屏蔽RJ45连接器； • 当系统接地不良，或者无接地时，最好选择塑料RJ45连接器；
I/O接口电路的EMC设计
遵循的原则： – 先防护后滤波； – 连接到系统外、非隔离的I/O端口，接口一定要滤波（共模电 感或者磁珠或Y电容）；
• 当电源模块有多路电源输出时，比如提供给通讯接口的通讯电源 、地，提供给传感器供电的12V、24V电源、地，提供给继电器驱 动用的12V电源、地，均会存在长距离走线问题，为了使电源、地 之间的阻抗最小，且回路最小，应每隔7.5cm增加一对电容。 点亮黄色走线为通 讯电路供电的5V 电源、地，走线长 达25cm多，走线 上增加了两对电容 进行滤波。 应在设计之初加以 考虑。
– 接口优先选用共模电感滤波，或者用磁珠；滤波电路尽量靠近 端口，磁珠或共模电感到端子间PCB走线长度小于2.5cm；如 防护器件过多，磁珠到端子间PCB走线长度距离大于2.5cm， 则在最靠近接口处增加Y电容或高压电容进行滤波，Y电容要 满足耐压要求； – I/O接口线缆如果采用屏蔽电缆，则电缆屏蔽层应接PGND；
串口接口电路的EMC设计
原因说明： – 先防护后滤波；
• 第一级防护器件应在滤波器件之前，防止滤波器件在浪涌、防雷 测试中损坏，或导致滤波参数偏离，第二级保护器件可以放在滤 波器件的后面； • 选择防护器件时，还应考虑个头不要太大，应尽量选择贴片元件 ，防止滤波器件在PCB布局时距离接口太远，起不到滤波效果。 黄色圈内为防护电 路，红色圆圈内为 滤波电路。 此电路为两级防护 电路，有防雷要求 时适用，无防雷要 求，只用TVS管即 可。
电源转换芯片的EMC设计
遵循的原则： – 电源转换芯片输入输出端应并联BULK电容和去耦电容；
• 电容容值应依据芯片手册推荐，或者依据驱动能力来估算。 • 开关转换芯片输出应考虑磁珠进行滤波。
硬件电路EMC设计关键点
– 电源部分的EMC设计；
– 接口部分的EMC设计；
– 关键芯片的EMC设计； – 晶体和晶振的EMC设计； – 连接器及接插件的EMC设计；
• 用共模电感进行滤波，防止开关电源的噪声串到整个单板的电源 、地上；
可用共模电感进行滤波
电源输出部分的EMC设计
• 用磁珠进行滤波，防止开关电源的噪声串到整个单板的电源、地 上；
可用磁珠进行滤波
电源输出部分的EMC设计
• 在电源输出端设计Y电容时，需斟酌，如有螺钉可使Y电容就近接地时 ，可考虑增加，否则不用。

数字控制类硬件电路EMC设计关键点
– 电源部分的EMC设计； – 接口部分的EMC设计； – 关键芯片的EMC设计；
– 晶体和晶振的EMC设计；
– 连接器及接插件的EMC设计； – 地的处理； – 复位、拨码和指示灯电路的EMC设计。
硬件电路EMC设计关键点
– 电源部分的EMC设计；
– 接口部分的EMC设计； – 关键芯片的EMC设计； – 晶体和晶振的EMC设计； – 连接器及接插件的EMC设计；
– 因电源输出端常在单板中间，如要设计Y电容，应考虑是否可以就近接 地，当不能就近接地时，而必须拉长线进行接地时，可能会引起坏效果 ，可以考虑不用Y电容，直接用共模电感、磁珠和X电容即可。 – 见下图所示的电源输出端Y电容，为了接地拉长线得不偿失。
电源输出部分的EMC设计
原因说明： – 长距离电源走线是否预留足够电容组10uF/0.1uF或1uF/0.01uF ，应考虑PCB板每间隔7.5cm放置一对。
网口接口电路的EMC设计
原因说明：
– 网口应设计BOB-SMITH电路，中心抽头到地75欧姆电阻功率 不小于1/8W，电容耐压2kV；网口未用四线接地电容耐压2kV
Bob－Smith电路。红 色圈内的电路都为电 路的一部分，整个电 路的共模抑制作用大 于10dB。蓝色圈内的 电容耐压要求2kV。
网口接口电路的EMC设计
原因说明：
– 网口点灯线驱动加磁珠和限流电阻；网口点灯电源线上加磁珠 ；推荐使用LC进行滤波
• 电源与驱动端的磁珠在PCB布局时应跨接在网口变压器的隔离带 上，保证隔离变压器的共模隔离作用。
网口接口电路的EMC设计
原因说明：
– 网口PHY芯片的模拟电源和数字电源隔离，且模拟电源和数字 电源间采用LC或者PI滤波电路；网口PHY芯片地不分割；
– 在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉 电路；如果一定有采样电路，采样电路应额外增加了足够的滤 波电路；
电源输入部分的EMC设计
原因说明： – 先防护后滤波；
• 第一级防护器件应在滤波器件之前，防止滤波器件在浪涌、防雷 测试中损坏，或导致滤波参数偏离，第二级保护器件可以放在滤 波器件的后面； • 选择防护器件时，还应考虑个头不要太大，防止滤波器件在PCB 布局时距离接口太远，起不到滤波效果。
遵循的原则： – 电源模块输出一定要求有滤波措施,推荐使用共模电感或差模电 感； – 长距离电源走线是否预留足够电容组10uF/0.1uF或1uF/0.01uF ，应考虑PCB板每间隔7.5cm放置一对。
电源输出部分的EMC设计
原因说明： – 电源模块输出一定要求有滤波措施,推荐使用共模电感、磁珠或 差模电感；
原因说明： • 如果采用电路精度很高，必须从电源输入口进行采样时，必须 增加额外滤波电路。
电源输入部分的EMC设计

从上页中的原理图标示的这两个圆圈大家会想到 什么？
– 两个插座？横穿单板的两根走线！
– 电源输入滤波无效！
电压采样电路造 成的EMC问题 已经有很多案例 ，请大家关注！
电源输出部分的EMC设计
– 地的处理；
– 复位、拨码和指示灯电路的EMC设计。
电源部分的EMC设计
– 电源输入电路的EMC设计； – 电源输出电路的EMC设计； – 电源转换芯片的EMC设计；
电源输入部分的EMC设计
遵循的原则： – 先防护后滤波； – CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路，且尽量靠 近输入端；
串口接口电路的EMC设计
原因说明：
– 如果采用屏蔽电缆，屏蔽层要接PGND；
• 当采用屏蔽电缆时，应选择屏蔽连接器，保证连接器外壳与结构360度搭 接； • 当采用非屏蔽连接器时，电缆屏蔽时应接PGND，端子定义应为PGND； • 当本产品无PGND时，可就近接到接口GND上。
串口接口电路的EMC设计
红色圆圈内为滤波， 黄色圆圈内为防护器 件。
电源输入部分的EMC设计
原因说明： – CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路，且尽量靠 近输入端；
• CLASS B要求比CLASS A要求小10dB，即小3倍，所以应有两级 滤波电路。 • CLASS A规格要求至少一级滤波电路。 • 所谓一级滤波电路指包含一级共模电感的滤波电路。 红色圆圈内为两级共模电感，黄色圆圈内为三级Y电容，推荐三级Y电容，至少 两级，保留前面和中间的两级Y电容。
电源输入部分的EMC设计
原因说明： – 在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉 电路；如果一定有采样电路，采样电路应额外增加了足够的滤 波电路；
• 电源采样电路应从滤波电路后取； • 如果采用电路精度很高，必须从电源输入口进行采样时，必须增 加额外滤波电路。
电源输入部分的EMC设计
– 地的处理；
– 复位、拨码和指示灯电路的EMC设计。
接口部分的EMC设计
– 串口接口电路的EMC设计； – 网口接口电路的EMC设计； – I/O接口电路的EMC设计；
– E1接口电路的EMC设计。
串口接口电路的EMC设计
遵循的原则： – 先防护后滤波；
– 422/485/CAN差分接口优先选用共模电感或者磁珠进行滤波，232接 口用磁珠进行滤波；滤波电路尽量靠近端口，磁珠或共模电感到端子 间PCB走线长度小于2.5cm； – 如防护器件过多，磁珠到端子间PCB走线长度距离大于2.5cm，则应 在最靠近接口处增加Y电容或高压电容进行滤波，Y电容要满足耐压要 求； – 如果采用屏蔽电缆，屏蔽层要接PGND； – 需要接出到端子的通讯地需要经过滤波；网Βιβλιοθήκη 接口电路的EMC设计原因说明：
– 网口防护器件结电容满足要求(小于10pF)（网口差模防护器件 优选SLUV2.8-4）
• 网口传输速率较高，对防护器件的结电容要求很高，应小于5pF， 优选SLUV2.8-4，编码15040165；
网口接口电路的EMC设计
原因说明：
• 因SLUV2.8-4成本较高，对成本要求很高的产品也可采用下图中 的TVS管和二极管的组合进行差模防护，因为3个管子的导通时间 过长，芯片不能够耐受，需要在防护器件后串接2.2欧姆电阻进行 退耦。